主动式RIS与DF中继协作MIMO混合系统的可达速率分析与优化

来源：南京信息工程大学学报·自然科学版杂志2026年第1期北京时间：

作者：崔博宇，张顺外

单位：崔博宇,南京邮电大学 通信与信息工程学院, 南京, 210003,张顺外,南京邮电大学 通信与信息工程学院, 南京, 210003

摘要：可重构智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surfaces,RIS)可智能调控无线信道,为系统提供辅助传输路径.由于被动式RIS(Passive RIS,PRIS)的乘性衰落效应,使得现有的PRIS混合协作系统只能在直达链路弱场景下实现有限的容量增益.本文通过引入主动式RIS(Active RIS,ARIS)技术来克服乘性衰落效应,鉴于ARIS具有灵活的有源波束形成与信号调控、整体功耗较低、成本相对可控等优点,以及传统中继的稳定可靠性和已广泛部署等特点,建立ARIS与解码转发(Decode-and-Forward,DF)中继协作多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)混合系统.为最大化系统可达速率,构建了信源发射波束形成矩阵、中继发射波束形成矩阵和ARIS有源波束形成矩阵的联合优化问题模型,并提出一种基于交替优化(Alternating Optimization,AO)和分式规划(Fractional Programming,FP)的联合优化算法,将原始的联合优化问题解耦成多个标准的二次约束二次规划(Quadratically Constrained Quadratic Programming,QCQP)问题,最后采用拉格朗日乘子法进行求解.仿真结果表明,所提系统性能明显优于基准方案,且随着RIS反射单元数目增加,优势更明显.

关键词：主动可重构智能超表面;解码转发中继;有源波束形成;多输入多输出

基金资助：江苏省高等学校自然科学研究项目(20KJB510034)